符合中国铁路线况的转向架动态载荷系数分析

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1、致谢本论文的工作是在我的导师刘志明教授的悉心指导下完成的，从论文的选题、模型的建立与有限元分析、数据测试、论文的编排到最后出稿的整个过程，刘老师都倾注了大量的心血。刘老师以其精深广博的学识、严谨的治学念度、启发式的指导方式、宽阔的胸襟和高尚的师德，使我铭记在心并终生受益。同时，刘老师在同常生活中也给予了我极大的关心和帮助。在此衷心感谢两年多来刘老师对我的关心和指导。在论文的研究过程中，还得到了缪龙秀教授、孙守光教授、李强教授、谢基龙教授、任尊松副教授，还有会新灿老师、邹骅老师、王文静老师等各位老师在学术上给予我的极大的帮助

2、，使本人的论文得以顺利完成，在此本人向缪龙秀教授和本博士点的其他(她)老师表示衷心的感谢!同时，在制动吊载荷识别的模型建立与构架的有限元计算中，本人还得到了师兄石长伟和尹艳同学的关心和帮助，在此向他们表达我的感激之情。最后，衷心的感谢多年来支持、关心、帮助我的家人和朋友!他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。II北京交通人‘学硕t论文I绪论1．1选题背景1绪论机车车辆转向架是保障行车安全的关键部件。在列车运行过程中，转向架各部件所承受的实际应力是一个连续的随机过程，这种应力的峰值和谷值随时间变化的情况称作应力一对

3、间历程。在随机应力的长期作用下，承载构件从应变或应力较高的局部开始形成损伤并逐渐积累，当损伤达到一定程度，就会导致疲劳破坏，严重危及行车安全，表1．1是提速转向架焊接构架及摇枕出现疲劳裂纹的部分统计数据。由表可见，最短的运行里程仅20万公里就出现了裂纹。表1-I提速转向架焊接构架、摇枕疲劳裂纹Tab．1-1Speedupbogie’weldingflame、bolsterfatiguefracture运行里程转向架构架摇枕裂纹部位数量(万公里)206WP构架构架端部轴箱弹簧座焊缝开裂1204起构架牵引拉杆座根部及横粱堵板处

4、构架4020起焊缝开裂206KP摇枕牵引拉杆座焊缝裂摇枕4030起摇枕裙板对接焊缝裂209HS构架构架摇枕吊座处焊缝裂204起CW-2A构架构架轴箱定位座焊缝裂631起我国在转向架构架的设计、计算中，基本上还是采用传统的以安全系数保障强度裕度的定值方法，因此存在着静强度富裕，疲劳强度不足，在现行的转向架构架疲劳试验中，也都采用高度简化的加载方法。因此，目前转向架构架的设计与试验中均没有较好地反映其工况，在一般运行速度下，这个问题并不突出。然北京交通人学硕卜论文I绪论而，随着速度的提高，线路的激扰频率范围加宽，同时随着焊接构

5、架自重的减少，其固有频率将有所降低，这样，构架的低阶弹性振型有可能处于线路的激扰范围之内，这就导致构架的某些部位产生较大的动态变形。另外，在构架的焊接接头部位，由于存在几何形状突变和焊接缺陷而引起应力集中，常常成为构架中疲劳强度薄弱部位。因此，随着我国机车车辆的提速，转向架焊接构架的疲劳可靠性问题迫切需要研究解决的课题。世界上发达国家十分重视机车车辆关键构架的疲劳可靠性研究。北美铁路协会通过大量的调查研究和有关试验，在AAR标准中规定了车辆承载构件的疲劳试验标准Ⅲ。日本铁路部门对车轴、焊接构架等转向架构件的疲劳设计方法进行

6、了深入的实验研究，提出了开本铁道疲劳设计方法【2】。西欧各国制定了包括转向架设计载荷评定方法在内的UIC标准【3】。为了满足现今按照轻结构的原则设计转向架及试验验证的需要，根据UIC(国际铁路联盟)的委托，专家组制定了UIC515号规程《客车行走装置》的附件4(UIC515-4规程)，即走行部转向架构架结构强度的试验规范。基于欧洲一些铁路的经验，该规范规定了验证构架在超常载荷下抵抗塑性变形的能力和承受巨大而复杂应力的疲劳强度的试验程序。其中疲劳强度的验证则是将动态的运用情况进行静念模拟以及进行疲劳试验。转向架构架载荷的大部

7、分是可变载荷且作用于3个方向，它的若干分向对使用寿命有着不同的影响。转向架构架的载荷有两种：一种是在车辆使用寿命期中出现次数极少，甚至只有一次，但其数值甚大：另一种是出现极为频繁，但其数值较小。第一种载荷可为转向架构架豹静态设计提供正确的力值，第二种载荷对转向架构架的疲劳强度提出要求，模拟试验应能保证在使用寿命内作用于构架的各种可变载荷的组合不会导致结构的疲劳损伤。UIC515-4规程中以超常载荷进行转向架构架的静强度校核，以模拟运营工况进行转向架构架的疲劳强度校核。静态模拟试验将静态的垂向载荷作为常值加于构架，准静态垂向

8、力的变化产生于车辆运行的滚动以及通过曲线时要补偿的离心力，根据估算和运用经验按静态力的10％取值。在运行中的垂向振幅受动力学规律的制约，其对动强度的影响按静态载荷的20％取值。横向可变力与相应的垂向力组合相叠加。如前所述，它由静念和动态部分组成。在进行转向架构架疲劳强度验证时，疲劳试验或计算时所施加的载